{"id":11636,"date":"2026-04-13T12:40:53","date_gmt":"2026-04-13T12:40:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/yutao-zou\/"},"modified":"2026-04-13T12:40:59","modified_gmt":"2026-04-13T12:40:59","slug":"yutao-zou","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/yutao-zou\/","title":{"rendered":"Yutao Zou"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":11637,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-11636","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Root strategies in response to salinity: from cell wall to root shape","samenvatting":"Verzilting van de bodem is een steeds groter wereldwijd probleem dat leidt tot een afname van voedselvoorziening en grond die kan worden gebruikt voor landbouw. In tegenstelling tot halofyten zijn de meeste gewassen gevoelig voor zoutstress, wat invloed heeft op hun groei en opbrengst. Om meer zouttolerante gewassen te genereren, moeten we snappen welke onderliggende mechanismen de reacties van planten op zout mogelijk maken. In dit proefschrift gebruiken we de modelsoort Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) om nieuwe fundamentele kennis te verkrijgen. We verwachten dat deze kennis kan worden overgebracht naar gewassen.\n\nIn Hoofdstuk 1 introduceer ik hoe het zoutgehalte van de bodem de groei, functie en overleving van planten bedreigt en benadruk ik het belang van het handhaven van de homeostase van Na+ en K+ ionen tijdens zoutstress. Daarnaast introduceer ik verschillende hormonen, waaronder abscisinezuur (ABA), salicylzuur (SA), jasmonzuur (JA) en ethyleen (ET) die betrokken zijn bij het signaleren van zout in de plant. Bovendien wordt in dit hoofdstuk de huidige kennis van het effect van zout op de groeirichting van de wortel beschreven, zoals hoe celwanden tijdens zoutstress de buitenomgeving van de plantencel bewaken.\n\nIn Hoofdstuk 2 worden de processen die een effect hebben op wortelgroei beschreven, waaronder de verandering van wortelsysteemarchitectuur (RSA), de groeirichting van de wortel en veranderingen in de celwand van de wortel. Verder worden de ontwikkelings- en moleculaire mechanismen die de groei van wortelstelsels op zilte grond bepalen in meer detail besproken. Daarnaast bespreken we de recente literatuur over genetische variatie tussen en binnen plantensoorten in hun reactie op zoutstress, we doen dit voor Arabidopsis en verschillende gewassen.\n\nNaar aanleiding van de verandering in groeirichting van de wortel, die specifiek voor zout is en halotropisme heet (Galvan-Ampudia et al., 2013; Deolu-Ajayi et al., 2019), hebben we een snelle zout ge\u00efnduceerde kanteltest (SITA) opgesteld. Met deze test meten we het effect van NaCl op de groei van de wortel richting de zwaartekracht met een hoge tijdsresolutie (elke 20 minuten) in Hoofdstuk 3 (dit effect is specifiek voor NaCl). We laten zien dat de ABA-signalering en ethyleenoverproductie betrokken zijn bij de uitkomst van de SITA test. Natuurlijke variatie is een krachtig hulpmiddel om nieuwe genetische componenten te identificeren die ten grondslag liggen aan aanpassingen van groeireacties op zout. We hebben SITA gecombineerd met natuurlijke variatie in verschillende Arabidopsis populaties om een genoombrede associatiestudie (GWAS) uit te voeren en hiermee de genetische basis van de respons te vinden. Er werden twee genen ge\u00efdentificeerd die geassocieerd zijn met de hoek in de groeirichting van de wortel tijdens SITA: een onbekende prote\u00efnekinase (PK, At4g37340) en Extensin Arabinose-Defici\u00ebnt Transferase (ExAD, At4g37350). Door karakterisering van T-DNA-insertie mutanten van deze genen werd aangetoond dat PK en ExAD nodig zijn voor het moduleren van de hoek in de wortel tijdens een SITA test op zout.\n\nVerder hebben we in Hoofdstuk 4 het gen ExAD verder gekarakteriseerd voor zijn functie in de reactie van de wortel op zout. Als lid van de arabinosyltransferase-enzymfamilie voegt ExAD het arabinoseresidu toe om een Hyp-Araf1-4-zijketen te vormen op de \u03b1-(1,3)-vierde specifieke positie op extensines, wat hydroxyprolinerijke glycoprote\u00efnen van de celwand zijn (HRGPs) (Petersen et al., 2021; M\u00f8ller et al., 2017). We tonen dat ExAD een rol heeft in het reguleren van de groeirichting van de wortel en de accumulatie van ionen tijdens zout. Door Comprehensive Microarray Polymer Profiling (CoMPP) en dot-blot laten we zien dat ExAD betrokken is bij de wijziging van polysaccharide signalen onder zoutstress, en dat JIM20 het specifieke anti-extensine-Hyp-Araf4-antilichaam is om de functie van ExAD te detecteren. We laten ook zien dat ExAD-afhankelijke Hyp-Araf4 verhoogd is tijdens zoutstress in Col-0, maar afwezig is in de exad-1 mutant. Bovendien neemt de celwanddikte toe in exad-1 cellen in de epidermis van de wortel onder zoutstress in zowel de elongatiezone als de ontwikkelingszone van de wortel. Daarom denken we dat de door zout ge\u00efnduceerde extensine Hyp-arabinosylering in de celwand gecorreleerd is aan de celwandstructuur en de groeirichting van plantenwortels op zout.\n\nOm omgevingsstress te volgen, zijn celwanden cruciaal voor het reguleren van signalering en het inzetten van adequate reacties. Naast structurele eiwitten in de celwand (bijv. extensines), zijn op de celwand gelokaliseerde receptor-like kinasen ook cruciaal voor de reactie van een plant op zout. In Hoofdstuk 5 concentreren we ons op de celwand-gelokaliseerde Arabidopsis L-type LecRKs-genen en karakteriseren we de rol van LecRK-IV.1 en LecRK-IV.2 in de reactie van planten op zout. Een dubbele mutant voor deze genen, lecrk4.1\/4.2 genaamd, vertoont een verminderde verandering in de groeirichting op zout in zowel halotropisme als SITA testen. De lecrk4.1\/4.2-mutant vertoont een hogere laterale worteldichtheid, een lagere verandering in de Na+\/K+-verhouding van de scheuten en deze zaailingen overleven vaker onder ernstige zoutstress. Bovendien laten we zien dat LecRK-IV.1\/LecRK-IV.2 een verandering in celwandintegriteit (CWI) reguleert en dat de dubbel mutant lecrk4.1\/4.2, vergeleken met Col-0, een hogere accumulatie van JA en lignine heeft in reactie op de cellulose biosyntheseremmer isoxaben (ISX). De rol van LecRK-IV.1\/LecRK-IV.2 was verschillend van THESEUS1 (THE1), maar deze eiwitten functioneren op een THE1-afhankelijke manier, aangezien zowel de the1-1 mutant als de lecrk4.1\/4.2\/the1-1 drievoudige mutant een significant lagere accumulatie van JA en lignine laten zien als reactie op ISX in vergelijking met Col-0. Interessant is dat de lecrk4.1\/4.2\/the1-1 triple-mutant op de lange termijn een verminderde halotropisme respons vertoonde, vergeleken met de lecrk4.1\/4.2 en de the1-1 mutanten. Deze observering kan suggereren dat THE1 en LecRK-IV.1\/LecRK-IV.2 verschillende rollen hebben in het reageren op veranderingen in CWI door cellulose biosynthese inhibitie, maar samen bijdragen aan door zout ge\u00efnduceerde langdurige halotropisme responsen.\n\nIn Hoofdstuk 6 bespreek ik de resultaten uit de voorgaande hoofdstukken verder en bied ik toekomstperspectieven op de rol van post-translationele modificaties van extensine in de celwand en de functie van LecRKs in het waarnemen van en reageren op zout. In dit hoofdstuk heb ik twee hypothetische modellen voorgesteld die de rol van celwandmodificaties tijdens zoutstress samenvatten en speculatieve nieuwe verbanden voorstellen die nieuwe routes bieden om signalering van zout in planten te onderzoeken. Deze studie suggereert dat een versie van het celwandstructuureiwit extensine met een goede arabinose versie en verschillende celwand-gelokaliseerde LecRK's betrokken zijn bij het moduleren van reacties in wortelgroei en ion homeostase tijdens zoutstress. Dit kan inzichtelijk maken hoe planten veranderingen in de celwand co\u00f6rdineren om signaaltransductie te faciliteren. Dit werk heeft enkele van de onderliggende mechanismen onthuld die de richting van wortel groei en wortelvorm van planten die worden blootgesteld aan zoutstress moduleren, welke uiteindelijk kunnen bijdragen aan het verbeteren van de weerstand tegen zoutstress van planten.","summary":"Soil salinization is a worldwide and increasing problem that leads to a decrease of arable land and affects food supply. Unlike halophyte species, most crops are sensitive to salt stress, which affects their growth and yield. Therefore, to make progress on generating more salt tolerant crops, we need to uncover the underlying mechanisms of salt-induced plant responses. In this thesis, we use the model species Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) to obtain new knowledge that we anticipate can be used to transfer to crops.\n\nIn Chapter 1, I introduce how soil salinity threatens plant growth, function and survival and emphasize the importance of maintaining Na+ and K+ ionic homeostasis during ionic stresses. I also introduce various phytohormones, including abscisic acid (ABA), salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA), and ethylene (ET) that are involved in salt signaling pathways. Moreover, the current knowledge of salt-induced root directional growth and how plant cell walls monitor the outside environment -especially under salt stress- are introduced in this chapter.\n\nIn Chapter 2 the processes involved in several major responses of root growth, including the modulation of root system architecture (RSA), root directional growth, root cell wall modifications are further addressed. The developmental and molecular mechanisms that govern growth responses of root systems under salinity are reviewed in more detail in this chapter. Additionally, we discuss the recent literature on genetic variation between and within plant species in response to salinity stress, in Arabidopsis and several crop species.\n\nBuilding on the observation of the salt-specific directional response named root halotropism (Galvan-Ampudia et al., 2013; Deolu-Ajayi et al., 2019), we established a rapid salt-induced tilting assay (SITA) which also reports the specific modulation of root growth direction by NaCl (but not osmotic stress) upon gravitropic challenge with high time resolution (every 20 mins) in Chapter 3. We show that the ABA signaling pathway and ethylene overproduction are involved in modulating SITA responses. Natural variation is a powerful tool to identify new genetic components underlying the diverse phenotypic range of adaptations in growth responses to salt. Combining SITA with natural variation of the HapMap population of Arabidopsis accessions, we performed genome wide association studies (GWAS) to find the genetic basis of the response. Two candidate genes that were found to be associated with the root response vector angle in SITA were identified: unknown Protein kinase (PK, AT4G37540) and Extensin Arabinose Deficient Transferase (ExAD, AT4G37550). By characterization of T-DNA insertion mutants of candidate genes, the role of the two candidate genes PK and ExAD were shown to be required for modulating root vector angle in SITA response to salt.\n\nTo continue, in Chapter 4 we further characterized the candidate gene ExAD for its function in root responses to salinity. Being a member of the arabinosyltransferases enzyme family, ExAD adds the arabinose residue to form a Hyp-Araf1-4 side-chain at the \u03b1-(1,3)-fourth specific position on extensins, which are cell wall hydroxyproline-rich glycoproteins (HRGPs) (Petersen et al., 2021; M\u00f8ller et al., 2017). We show the roles of ExAD in root directional growth responses and ion accumulation in response to salt treatment. By Comprehensive Microarray Polymer Profiling (CoMPP) and dot-blot, we reveal that ExAD is involved in the alteration of polysaccharide signals under salt stress, and JIM11 is the specific anti-extensin-Hyp-Araf4 antibody to detect the function of ExAD. We also show that ExAD-dependent Hyp-Araf4 is increased when exposed to salt in Col-0, but is absent in the exad-1 mutant. Moreover, cell wall thickness increases in exad-1 root epidermal cells under salt stress in both the root elongation zone and maturation zone. Therefore, we suggest a correlation between salt-induced cell wall extensin Hyp-arabinosylation, cell wall structure and plant root directional responses to salinity.\n\nTo monitor environmental stresses, plant cell walls are crucial for governing downstream signaling pathways and triggering adequate responses. Besides cell wall structural proteins (e.g. extensins), cell wall localized receptor-like kinases are also crucial for mediating salt responses. Focusing on the cell wall localized Arabidopsis L-type LecRKs genes, in Chapter 5, we characterize the role of LecRK-IV.1 and LecRK-IV.2 in salt responses. A double mutant for these genes, named lecrk4.1\/4.2, shows reduced salt-induced root directional changes in both halotropism and SITA response assays. The lecrk4.1\/4.2 mutant shows enhanced lateral root density, lower response in shoot Na+\/K+ ratio, and higher seedling survival under severe salt stress. Additionally, we show that LecRK-IV.1\/LecRK-IV.2 regulate cell wall integrity (CWI) responses with a higher accumulation of JA and lignin in the lecrk4.1\/4.2 double mutant induced by the cellulose biosynthesis inhibitor isoxaben (ISX) compared to Col-0. The role of LecRK-IV.1\/LecRK-IV.2 was distinct from THESEUS1 (THE1), but they function in a THE1 dependent fashion, since both the1-1 mutant and lecrk4.1\/4.2\/the1-1 triple mutant showed significantly lower accumulation of JA and lignin induced by ISX compared to Col-0. Interestingly, the lecrk4.1\/4.2\/the1-1 triple mutant showed a reduced halotropism response in the long term, compared to the lecrk4.1\/4.2 and the1-1 mutants. These data may suggest that THE1 and LecRK-IV.1\/LecRK-IV.2 have different roles in responding to cellulose biosynthesis inhibition-induced CWI, but together contribute to salt-induced long-term root halotropism responses.\n\nIn Chapter 6, I further discuss the results from the previous chapters and provide future perspectives on the role of cell wall post-translational modifications of extensin and function of LecRKs in salt sensing and root responses. I proposed two hypothetical models in this chapter that summarize the role of cell wall modifications during salt stress and propose speculative new links that provide new routes to uncover plant salt signaling pathways. Together, this study suggests that well-arabinosylated versions of the cell wall structural protein extensin and several cell wall localized LecRKs are involved in modulating root growth responses and ion homeostasis under salt stress conditions, which may provide insight into how plants coordinate cell wall changes to further proceed signal transduction. This work has revealed some of the underlying mechanisms that modulate root directional growth and root shape of plants exposed to salt stress, and ultimately may contribute to improving salt stress resilience of plants.","auteur":"Yutao Zou","auteur_slug":"yutao-zou","publicatiedatum":"20 april 2022","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/yutaozou?iframe=true","url_download_pdf":"","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604131237","isbn":"978-94-6447-153-3","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":11638,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/11636","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=11636"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/11636\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":11639,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/11636\/revisions\/11639"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/11637"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=11636"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=11636"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}